DE102019128041A1

DE102019128041A1 - Analysegerät, Analyseverfahren und Bearbeitungssystem

Info

Publication number: DE102019128041A1
Application number: DE102019128041.9A
Authority: DE
Inventors: Shinji Natsume; Keisuke Tsuboi; Kazuhito Kasahara; Masaru Kaneta; Naoto Saito
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2019-10-17
Publication date: 2020-05-20
Also published as: JP2020082225A; JP7177669B2

Abstract

Eine Analysevorrichtung (20) weist eine Schneidbetrag-Erfassungseinheit (22b) und eine Form-Erfassungseinheit (22c) auf. Die Schneidbetrag-Erfassungseinheit (22b) erfasst einen Schneidbetrag (Δh1 [mm]) eines Werkstücks (W) durch ein Schneidwerkzeug (T) auf der Grundlage der Schneidkraft, die ein Beispiel einer Bearbeitungseigenschaft der Schneidarbeit ist. Die Form-Erfassungseinheit (22c) erfasst eine Form des Werkstücks (W) vor der Schneidarbeit auf der Grundlage des Schneidbetrags (Δh1 [mm]) des Werkstücks (W) und der Schneidposition des Schneidwerkzeugs (T).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Analysevorrichtung, ein Analyseverfahren und ein Bearbeitungssystem,
Stand der Technik
Herkömmlich ist das Messen der Form eines Werkstücks (zu bearbeitendes Objekt) in einer berührungslosen Weise mittels eines Laserstrahls oder dergleichen wohlbekannt, um einen Bearbeitungsstartpunkt des Werkstücks vor dem Durchführen einer Schneidarbeit am Werkstück in einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine festzulegen (siehe beispielsweise Patentdokument Nr. 1).
Dokumente des Stands der Technik
Patentliteratur
Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegung Nr. 2012-53509 Zusammenfassung
Die Form eines Werkstücks kann zum Festlegen eines Bearbeitungsstartpunkts am Werkstück verwendet werden, wie im Patentdokument Nr. 1 beschrieben, und kann auch zum Analysieren verwendet werden, ob die Bearbeitungszugabe (Schneidzugabe) übermäßig ist.
Da es jedoch das Problem der für die Messarbeit benötigten Zeit zusätzlich zur Notwendigkeit von kostspieligen berührungslosen Messsensoren beim Messen der Form eines Werkstücks in einer berührungslosen Weise gibt, wie im Patentdokument Nr. 1 beschrieben, gibt es einen Wunsch, die Form des Werkstücks leicht und schnell zu messen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Analysevorrichtung, ein Analyseverfahren und ein Bearbeitungssystem bereitzustellen, die zum leichten und schnellen Messen der Form eines Werkstücks imstande sind.
Eine erste Ausführungsform ist eine Analysevorrichtung, die mit einer Schneidbetrag-Erfassungseinheit und einer Form-Erfassungseinheit versehen ist. Die Schneidbetrag-Erfassungseinheit erfasst einen Schneidbetrag des Werkstücks, der durch ein Schneidwerkzeug durchgeführt wird, auf der Grundlage einer Bearbeitungseigenschaft der Werkstück-Schneidarbeit, die das Schneidwerkzeug verwendet. Die Form-Erfassungseinheit erfasst die Form des Werkstücks vor der Schneidarbeit auf der Grundlage des Schneidbetrags und der Schneidposition des Schneidwerkzeugs.
Eine zweite Ausführungsform ist ein Analyseverfahren, das mit einer Steuereinrichtung zum Steuern der Analysevorrichtung durchgeführt wird. Das Analyseverfahren weist auf: einen Schritt zum Berechnen eines Werkstück-Schneidbetrags, der auf der Grundlage einer Bearbeitungseigenschaft der Werkstück-Schneidarbeit, die ein Schneidwerkzeug verwendet, und der Schneidposition des Schneidwerkzeugs erfasst wird; und einen Schritt zum Ausgeben von Forminformationen, die die Form des Werkstücks vor der Schneidarbeit angeben.
Eine dritte Ausführungsform ist ein Bearbeitungssystem, das mit einer Schneidbetrag-Erfassungseinheit und einer Form-Erfassungseinheit versehen ist. Die Schneidbetrag-Erfassungseinheit erfasst einen Werkstück-Schneidbetrag, der durch ein Schneidwerkzeug durchgeführt wird, auf der Grundlage einer Bearbeitungseigenschaft der Werkstück-Schneidarbeit, die das Schneidwerkzeug verwendet. Die Form-Erfassungseinheit erfasst die Form des Werkstücks vor der Schneidarbeit auf der Grundlage des Schneidbetrags und der Schneidposition des Schneidwerkzeugs.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Analysevorrichtung, ein Analyseverfahren und ein Bearbeitungssystem bereitgestellt, die zum leichten und schnellen Messen der Form eines Werkstücks imstande sind.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration eines Bearbeitungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine schematische Ansicht, die die Positionsbeziehung zwischen einem Schneidwerkzeug und einem Werkstück in einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
3 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel der Drehmomenteigenschaften eines Spindelmotors gemäß der ersten Ausführungsform angibt.
4 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern der Schneidarbeit gemäß der ersten Ausführungsform.
5 ist ein Ablaufdiagramm zum Erläutern eines Ablaufs vom Entwurf einer Form zum Bereitstellen einer Rückmeldung über die Form des Werkstücks gemäß der ersten Ausführungsform.
6 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration eines Bearbeitungssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform.
7 ist eine schematische Ansicht, die die Positionsbeziehung zwischen einem Schneidwerkzeug und einem Werkstück in einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt.
8 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern der Schneidarbeit gemäß der zweiten Ausführungsform.

Beschreibung der Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
Eine erste Ausführungsform, in der die Analysevorrichtung der vorliegenden Erfindung auf eine Drehmaschine angewendet wird, wird im Folgenden im Detail unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. 1 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration eines Bearbeitungssystems 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Ein Bearbeitungssystem 100 ist mit einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine 10 und einer Analysevorrichtung 20 versehen.
Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine 10
2 ist eine schematische Ansicht, die die Positionsbeziehung zwischen einem Schneidwerkzeug T und einem Werkstück (zu bearbeitendem Objekt) W in der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine 10 darstellt. In 2 ist die x-Achse senkrecht zur z-Achse. Die numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine 10 führt eine Schneidarbeit an dem sich drehenden Werkstück W durch, um durch Bewegen des Schneidwerkzeugs T eine erwünschte Zielform zu erreichen. Das Werkstück W weist beispielsweise ein Metallmaterial auf.
Wie in 1 dargestellt, weist die numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine 10 eine Steuervorrichtung 11, einen Spindelmotorverstärker 12, einen Spindelmotor 13, eine Spindel 14, ein Amperemeter 15, einen Vorschubwellenmotorverstärker 16, einen Vorschubwellenmotor 17, eine Vorschubwelle 18 und einen Positionscodierer 19 auf.
Die Steuervorrichtung 11 weist eine Speichereinheit 11a, eine Spindeldrehzahl-Steuereinheit 11b, eine Vorschubgeschwindigkeits-Steuereinheit 11c, und eine Werkzeugpositions-Erfassungseinheit 11d auf.
Die Speichereinheit 11a speichert ein Bearbeitungsprogramm (ein sogenanntes NC-Programm). Das Bearbeitungsprogramm wird durch G-Codes für Bearbeitungsbewegungen der Vorschubwelle 18 und Einstellungen in einem Koordinatensystem und dergleichen repräsentiert. Beispielsweise gibt der G-Code G00X200.0Y150.0 an, dass das Schneidwerkzeug T zu den Koordinaten (200,150) bewegt werden soll, und der G-Code G01X300.0Y200.0 F60 gibt an, dass das Schneidwerkzeug T linear mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 60 zu den Koordinaten (300,200) bewegt wird.
Die Speichereinheit 11a speichert die Werkzeugposition des Schneidwerkzeugs T, die durch die Werkzeugpositions-Erfassungseinheit 11d erfasst wird, und einen elektrischen Stromwert des Spindelmotors 13, der durch das Amperemeter 15 erfasst wird.
Die Spindeldrehzahl-Steuereinheit 11b nimmt auf das in der Speichereinheit 11a gespeicherte Bearbeitungsprogramm Bezug, erfasst die Drehzahl des Spindelmotors 13, an dem das Werkstück W angebracht ist, und gibt an den Spindelmotorverstärker 12 einen Drehzahlbefehl aus, der die Drehzahl des Spindelmotors 13 angibt.
Die Vorschubgeschwindigkeits-Steuereinheit 11c nimmt auf das in der Speichereinheit 11a gespeicherte Bearbeitungsprogramm Bezug, erfasst die Vorschubgeschwindigkeit bezüglich des Werkstücks W des Schneidwerkzeugs T, das an der Vorschubwelle 18 angebracht ist, und gibt an den Vorschubwellenmotorverstärker 16 einen Vorschubgeschwindigkeitsbefehl aus, der die Vorschubgeschwindigkeit der Vorschubwelle 18 angibt.
Die Werkzeugpositions-Erfassungseinheit 11d erfasst die Werkzeugposition des Schneidwerkzeugs T auf der Grundlage der durch den Positionscodierer 19 erfassten Position der Vorschubwelle 18. Die Werkzeugpositions-Erfassungseinheit 11d speichert die erfasste Werkzeugposition des Schneidwerkzeugs T in der Speichereinheit 11a.
Der Spindelmotorverstärker 12 steuert den Spindelmotor 13 gemäß dem durch die Spindeldrehzahl-Steuereinheit 11b ausgegebenen Drehzahlbefehl an. Der Spindelmotor 13 ist ein Beispiel eines „ersten Motors“ zum Antreiben des Werkstücks W um die z-Achse. Der Spindelmotor 13 bewirkt, dass sich die Hauptspindel 14 um die z-Achse mit einer vorgegebenen Drehzahl dreht. Infolgedessen dreht sich das an der Spindel 14 angebrachte Werkstück W mit der vorgegebenen Drehzahl um die z-Achse. Die z-Achse ist ein Beispiel einer „erste Achse“.
Das Amperemeter 15 erfasst den elektrischen Stromwert, der dem Spindelmotor 13 zugeführt wird. Das Amperemeter 15 speichert den erfassten elektrischen Stromwert des Spindelmotors 13 in der Speichereinheit 11a.
Der Vorschubwellenmotorverstärker 16 steuert den Vorschubwellenmotor 17 entsprechend dem durch die Vorschubgeschwindigkeits-Steuereinheit 11c ausgegebenen Vorschubgeschwindigkeitsbefehl. Der Vorschubwellenmotor 17 bewegt die Vorschubwelle 18 längs der z-Achse. Infolgedessen bewegt sich das an der Vorschubwelle 18 angebrachte Schneidwerkzeug T längs der z-Achse.
Der Positionscodierer 19 erfasst die Position der Vorschubwelle 18. Der Positionscodierer 19 gibt die erfasste Position der Vorschubwelle 18 an die Werkzeugpositions-Erfassungseinheit 11d aus.
Analysevorrichtung 20
Die Analysevorrichtung 20 erfasst die Form des Werkstücks W vor der Schneidarbeit durch Analysieren der Informationen der Schneidarbeit am Werkstück W durch das Schneidwerkzeug T.
Die Analysevorrichtung 20 weist eine Speichereinheit 21 und eine Analyseeinheit 22 auf.
Die Speichereinheit 21 erfasst und speichert die Drehzahl des Spindelmotors 13, den elektrischen Stromwert des Spindelmotors 13 und die Werkzeugposition des Schneidwerkzeugs T beruhend auf dem Bearbeitungsprogramm aus der Speichereinheit 11a der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine 10.
Die Speichereinheit 21 speichert Drehmomenteigenschaften des Spindelmotors 13 und den spezifischen Schneidwiderstand des Werkstücks W. 3 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel der Drehmomenteigenschaften des Spindelmotors 13 zeigt. Die Beziehung zwischen der Drehzahl und einem Nenndrehmoment, wenn eine Last von 100% auf den Spindelmotor 13 ausgeübt wird (das heißt, wenn der elektrische Nennstrom an den Spindelmotor 13 angelegt wird) wird in der graphischen Darstellung der Drehmomenteigenschaften der 3 dargestellt. Der spezifische Schneidwiderstand des Werkstücks W ist die Schneidkraft (Schneidwiderstand), die zum Schneiden eine Querschnittsfläche von 1 mm² in einem Querschnitt des Werkstücks W in der x- und z-Ebene benötigt wird. Der Wert des spezifischen Schneidwiderstands wird vorher auf der Grundlage des Typs des Schneidwerkzeugs T und des Materials des Werkstücks W berechnet. Die Einheit für den spezifischen Schneidwiderstand ist [N/mm²].
Die Analyseeinheit 22 ist mit einer Schneidkraft-Berechnungseinheit 22a, einer Schneidbetrag-Erfassungseinheit 22b, einer Form-Erfassungseinheit 22c und einer Ausgabeeinheit 22d versehen.
Die Schneidkraft-Berechnungseinheit 22a erfasst den elektrischen Stromwert des Spindelmotors 13 aus der Speichereinheit 21. Die Schneidkraft-Berechnungseinheit 22a erfasst die auf den Spindelmotor 13 ausgeübte Motorlast (%) durch Dividieren des elektrischen Stromwerts des Spindelmotors 13 durch den elektrischen Nennstromwert des Spindelmotors 13.
Die Schneidkraft-Berechnungseinheit 22a erfasst die Drehzahl des Spindelmotors 13 aus der Speichereinheit 21. Die Schneidkraft-Berechnungseinheit 22a nimmt auf die Drehmomenteigenschaften (3) des Spindelmotors 13 Bezug, die in der Speichereinheit 21 gespeichert sind, und erfasst das Nenndrehmoment, das der Drehzahl des Spindelmotors 13 entspricht. Die Schneidkraft-Berechnungseinheit 22a berechnet das Schneiddrehmoment [Nm] durch Multiplizieren des Nenndrehmoments mit der Motorlast (%).
Die Schneidkraft-Berechnungseinheit 22a berechnet die auf das Schneidwerkzeug T ausgeübte Schneidkraft [N] durch Dividieren des berechneten Schneiddrehmoments [Nm] durch den Abstand [m] in die x-Achsenrichtung von der z-Achse zur Klingenspitze des Schneidwerkzeugs T. Die durch die Schneidkraft-Berechnungseinheit 22a berechnete Schneidkraft [N] ist ein Beispiel einer „Bearbeitungseigenschaft“ der Schneidarbeit.
Die Schneidbetrag-Erfassungseinheit 22b erfasst die Schneidkraft [N] von der Schneidkraft-Berechnungseinheit 22a und erfasst den spezifischen Schneidwiderstand [N/mm²] des Werkstücks W aus der Speichereinheit 21. Die Schneidbetrag-Erfassungseinheit 22b berechnet einen Schneidoberflächenbereich A1 [mm²] durch Dividieren der Schneidkraft [N] durch den Schneidwiderstand (N/mm²). Wie durch die schrägen Linien in 4 dargestellt, bedeutet der Schneidoberflächenbereich A1 [mm²] eine Querschnittsfläche des Werkstücks W das im Querschnitt des Werkstücks W auf der x- und z-Ebene geschnitten wird, wenn das Schneidwerkzeug T leicht in die Vorschubrichtung (Richtung parallel zur z-Achse) bewegt wird.
Die Schneidbetrag-Erfassungseinheit 22b erfasst einen Schneidbetrag Δh1 [mm] des Werkstücks W durch das Schneidwerkzeug T durch Dividieren des Schneidoberflächenbereichs A1 [mm²] durch einen Vorschubbetrag Δz1 [mm] des Schneidwerkzeugs T. Der Vorschubbetrag Δz1 [mm] des Schneidwerkzeugs T ist nicht besonders beschränkt und kann auf einen erwünschten Wert eingestellt werden. Die Form des Werkstücks W kann mit einer größeren Genauigkeit geschätzt werden, indem der Vorschubbetrag entsprechend Δz1 [mm] des Schneidwerkzeugs T reduziert wird. Der Schneidbetrag Δh1 [mm] kann auch als die Schneidhöhe (oder die Schneidbreite) des Werkstücks W in die x-Achsenrichtung bezeichnet werden.
Auf diese Weise erfasst die Schneidbetrag-Erfassungseinheit 22b den Schneidbetrag Δh1 [mm] durch das Schneidwerkzeug T auf der Grundlage der Schneidkraft [N], die ein Beispiel einer Bearbeitungseigenschaft während der Schneidarbeit ist.
Die Form-Erfassungseinheit 22c erfasst die Werkzeugposition des Schneidwerkzeugs T aus der Speichereinheit 21. Die Form-Erfassungseinheit 22c erfasst eine Schneidposition H1 [mm] des Schneidwerkzeugs T auf der Grundlage der Werkzeugposition des Schneidwerkzeugs T. Die Schneidposition H1 [mm] des Schneidwerkzeugs T ist dieselbe wie der Abstand in die x-Achsenrichtung von der z-Achse zur Klingenspitze des Schneidwerkzeugs T.
Die Form-Erfassungseinheit 22c erfasst eine Position P1 an der Außenkante des Werkstücks W vor der Schneidarbeit durch Addieren des Schneidbetrags Δh1 [mm] des Werkstücks W durch das Schneidwerkzeug T und der Schneidposition H1 [mm] des Schneidwerkzeugs T.
Die Form-Erfassungseinheit 22c erfasst die Position P1 für jeden Vorschubbetrag Δz1 [mm] und erfasst die Form des Werkstücks W vor der Schneidarbeit durch Aufreihen der mehreren erfassten Positionen P1.
Gemäß der Analysevorrichtung 20 wie in der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform wird auf der Grundlage des Schneidbetrags Δh1 [mm] des Werkstücks W und der Schneidposition H1 [mm] des Schneidwerkzeugs T, kein berührungsloser Typ oder Berührungstyp eines Messsensors verwendet, um imstande zu sein, die Form des Werkstücks W vor der Schneidarbeit zu erfassen, und es kann nicht nur die Form des Werkstücks W leicht erfasst werden, sondern es gibt auch keine Notwendigkeit, die Form des Werkstücks W vor der Schneidarbeit des Werkstücks W zu messen. Daher kann die Form des Werkstücks W leicht und schnell gemessen werden.
Während es außerdem normalerweise sehr schwierig ist, die Formen aller Werkstücke W zu messen, können die Formen aller Werkstücke W beispielsweise durch die Analysevorrichtung 20 wie in der vorliegenden Ausführungsform gemessen werden. Daher kann genau nachgeprüft werden, ob die Bearbeitungszugabe (Schneidzugabe) des Werkstücks W übermäßig ist, da Variationen der Formen leicht durch gegenseitiges Vergleichen der Formen der mehreren Werkstücke W erfasst werden können. Folglich kann durch Bereitstellen einer Rückmeldung der Überprüfungsergebnisse zur Verbesserung des Entwurfs, der zur Herstellung der Werkstücke W verwendet wird, die in der Herstellung der Werkstücke W verwendete Materialmenge reduziert werden, und die Zeit der Schneidarbeit an den Werkstücken W durch die numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine 10 kann ebenfalls verkürzt werden. Aus diesem Grund weist die Analysevorrichtung 20 die Ausgabeeinheit 22d zum Ausgeben von Formdaten nach außen auf, die die Form des Werkstücks W angeben, um eine Rückmeldung über die Form des Werkstücks W an einen vorhergehenden Schritt zu liefern.
Ablauf vom Entwurf der Form zur Rückmeldung
5 ist ein Ablaufdiagramm zum Erläutern eines Ablaufs vom Entwurf einer Form des Werkstücks W zum Bereitstellen einer Rückmeldung über die Form des Werkstücks W gemäß der ersten Ausführungsform.
Im Schritt S1 wird die Form des Werkstücks durch Addieren eine erwünschten Bearbeitungszugabe für eine Zielform berechnet, und eine Form (beispielsweise eine Gussform, ein Schmiedegesenk oder dergleichen), die der Form des Werkstücks W entspricht, wird entworfen.
Die Form wird im Schritt S2 hergestellt, und es wird ein Werkstück W mit dem gewünschten Bearbeitungsverfahren (beispielsweise Gießen, Schmieden oder dergleichen) im Schritt S3 hergestellt.
Im Schritt S4 führt die numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine 10 die Schneidarbeit am Werkstück W durch, und die Analysevorrichtung 20 erfasst die Form des Werkstücks W.
Im Schritt S5 gibt die Analysevorrichtung 20 die Formdaten aus, die die Form des Werkstücks W angeben. Die ausgegebenen Formdaten werden zum Überprüfen verwendet, ob die Bearbeitungszugabe des Werkstücks W übermäßig ist, und werden falls notwendig, zum Verbessern des Entwurfs der Form im Schritt S1 verwendet.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform, in der die Analysevorrichtung der vorliegenden Erfindung auf eine Fräsmaschine angewendet wird, wird im Folgenden im Detail unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. 6 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration eines Bearbeitungssystems 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Es werden dieselben Bezugsnummern auf Konfigurationen angewendet, die dieselbe wie in der obigen ersten Ausführungsform in 6 sind.
Das Bearbeitungssystem 200 ist mit einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine 30 und einer Analysevorrichtung 40 versehen.
Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine 30
7 ist eine schematische Ansicht, die die Positionsbeziehung zwischen einem Schneidwerkzeug T und einem Werkstück (zu bearbeitenden Objekt) W in der numerischen gesteuerten Werkzeugmaschine 30 darstellt. In 7 ist die x-Achse senkrecht zur z-Achse. Die numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine 30 verwendet das Drehschneidwerkzeug T, um die Schneidarbeit am Werkstück W durchzuführen, das an einem (nicht dargestellten) Befestigungstisch befestigt ist, um die gewünschte Zielform zu erreichen.
Wie in 6 dargestellt, weist die numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine 10 eine Steuervorrichtung 31, einen Spindelmotorverstärker 32, einen Spindelmotor 33, eine Spindel 34, ein Amperemeter 35, einen Vorschubwellenmotorverstärker 36, einen Vorschubwellenmotor 37, eine Vorschubwelle 38 und einen Positionscodierer 39 auf.
Die Steuervorrichtung 31 weist eine Speichereinheit 31a, eine Spindeldrehzahl-Steuereinheit 31b, eine Vorschubgeschwindigkeits-Steuereinheit 31c und eine Werkzeugpositions-Erfassungseinheit 31d auf.
Die Speichereinheit 31a speichert ein Bearbeitungsprogramm. Die Speichereinheit 31a speichert die Werkzeugposition des Schneidwerkzeugs T, die durch die Werkzeugpositions-Erfassungseinheit 31d erfasst wird, und einen elektrischen Stromwert des Spindelmotors 33, der durch das Amperemeter 35 erfasst wird.
Die Spindeldrehzahl-Steuereinheit 31b nimmt auf das in der Speichereinheit 31a gespeicherte Bearbeitungsprogramm Bezug, erfasst die Drehzahl des Spindelmotors 33, an dem das Werkstück W angebracht ist, und gibt an den Spindelmotorverstärker 32 einen Drehzahlbefehl aus, der die Drehzahl des Spindelmotors 33 angibt.
Die Vorschubgeschwindigkeits-Steuereinheit 31c nimmt auf das in der Speichereinheit 31a gespeicherte Bearbeitungsprogramm Bezug, erfasst eine Vorschubgeschwindigkeit bezüglich des Werkstücks W des Schneidwerkzeugs T, das an der Vorschubwelle 38 angebracht ist, und gibt an den Vorschubwellenmotorverstärker 36 einen Vorschubgeschwindigkeitsbefehl aus, der die Vorschubgeschwindigkeit der Vorschubwelle 38 angibt.
Die Werkzeugpositions-Erfassungseinheit 31d erfasst die Werkzeugposition des Schneidwerkzeugs auf der Grundlage der Position der Vorschubwelle 38, die durch den Positionscodierer 39 erfasst wird. Die Werkzeugpositions-Erfassungseinheit 31d speichert die erfasste Werkzeugposition des Schneidwerkzeugs T in der Speichereinheit 31a.
Der Spindelmotorverstärker 32 steuert den Spindelmotor 33 gemäß dem durch die Spindeldrehzahl-Steuereinheit 31b ausgegebenen Drehzahlbefehl an. Der Spindelmotor 33 ist ein Beispiel eines „zweiten Motors“, der das Schneidwerkzeug T um die z-Achse dreht. Der Spindelmotor 33 bewirkt, dass sich die Hauptspindel 34 um die z-Achse mit einer vorgegebenen Drehzahl dreht. Infolgedessen dreht sich das an der Spindel 34 angebrachte Schneidwerkzeug T mit der vorgegebenen Drehzahl um die z-Achse. Die z-Achse ist ein Beispiel einer „zweiten Achse.“
Das Amperemeter 35 erfasst den elektrischen Stromwert, der dem Spindelmotor 33 zugeführt wird. Das Amperemeter 35 speichert den erfassten elektrischen Stromwert des Spindelmotors 33 in der Speichereinheit 31a.
Der Vorschubwellenmotorverstärker 36 steuert den Vorschubwellenmotor 37 entsprechend dem durch die Vorschubgeschwindigkeits-Steuereinheit 31c ausgegebenen Vorschubgeschwindigkeitsbefehl an. Der Vorschubwellenmotor 37 bewegt die Vorschubwelle 38 längs der x-Achse. Infolgedessen bewegt sich das an der Vorschubwelle 38 angebrachte Schneidwerkzeug T längs der x-Achse.
Der Positionscodierer 39 erfasst die Position der Vorschubwelle 38. Der Positionscodierer 39 gibt die erfasste Position der Vorschubwelle 38 an die Werkzeugpositions-Erfassungseinheit 31d aus.
Analysevorrichtung 40
Die Analysevorrichtung 40 erfasst die Form des Werkstücks W vor der Schneidarbeit durch Analysieren der Informationen der durch das Schneidwerkzeug T am Werkstück W durchgeführten Schneidarbeit.
Die Analysevorrichtung 40 weist eine Speichereinheit 41 und eine Analyseeinheit 42 auf.
Die Speichereinheit 41 erfasst und speichert die Drehzahl des Spindelmotors 43, den elektrischen Stromwert des Spindelmotors 43 und die Werkzeugposition des Schneidwerkzeugs T beruhend auf dem Bearbeitungsprogramm aus der Speichereinheit 41a der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine 40.
Die Speichereinheit 41 speichert Drehmomenteigenschaften des Spindelmotors 33 und den spezifischen Schneidwiderstand des Werkstücks W. Die Drehmomenteigenschaften des Spindelmotors 33 werden durch die in 3 dargestellte graphische Darstellung repräsentiert. Der spezifische Schneidwiderstand des Werkstücks W ist die Schneidkraft (Schneidwiderstand), die zum Schneiden einer Querschnittsfläche von 1 mm² in einem Querschnitt des Werkstücks W auf der x- und z-Ebene benötigt wird. Der Wert des spezifischen Schneidwiderstands wird vorher auf der Grundlage des Typs des Schneidwerkzeugs T und des Materials des Werkstücks W berechnet. Die Einheit für den spezifischen Schneidwiderstand ist [N/mm²].
Die Analyseeinheit 42 ist mit einer Schneidkraft-Berechnungseinheit 42a, einer Schneidbetrag-Erfassungseinheit 42b, einer Form-Erfassungseinheit 42c und einer Ausgabeeinheit 42d versehen.
Die Schneidkraft-Berechnungseinheit 42a erfasst den elektrischen Stromwert des Spindelmotors 33 aus der Speichereinheit 41. Die Schneidkraft-Berechnungseinheit 42a erfasst die auf den Spindelmotor 33 ausgeübte Motorlast (%) durch Dividieren des elektrischen Stromwerts des Spindelmotors 33 durch den elektrischen Nennstromwert des Spindelmotors 33.
Die Schneidkraft-Berechnungseinheit 42a erfasst die Drehzahl des Spindelmotors 33 aus der Speichereinheit 41. Die Schneidkraft-Berechnungseinheit 42a nimmt auf die in der Speichereinheit 41 gespeicherten Drehmomenteigenschaften (3) des Spindelmotors 33 Bezug und erfasst das Nenndrehmoment, das der Drehzahl des Spindelmotors 43 entspricht. Die Schneidkraft-Berechnungseinheit 42a berechnet das Schneiddrehmoment [Nm] durch Multiplizieren des Nenndrehmoments mit der Motorlast (%).
Die Schneidkraft-Berechnungseinheit 42a berechnet die auf das Schneidwerkzeug T ausgeübte Schneidkraft [N] durch Dividieren des berechneten Schneiddrehmoments [Nm] durch den Abstand r [m] in die x-Achsenrichtung von der z-Achse zur Klingenspitze des Schneidwerkzeugs T. Der Abstand r [m] ist der Rotationsradius der Klingenspitze des Schneidwerkzeugs T, wobei die z-Achse als der Mittelpunkt verwendet wird. Die durch die Schneidkraft-Berechnungseinheit 42a berechnete Schneidkraft [N] ist ein Beispiel einer „Bearbeitungseigenschaft“ der Schneidarbeit.
Die Schneidbetrag-Erfassungseinheit 42b erfasst die Schneidkraft [N] aus der Schneidkraft-Berechnungseinheit 42a und erfasst den spezifischen Schneidwiderstand [N/mm²] des Werkstücks W aus der Speichereinheit 41. Die Schneidbetrag-Erfassungseinheit 42b berechnet einen Schneidoberflächenbereich A2 [mm²] durch Dividieren der Schneidkraft [N] durch den Schneidwiderstand [N/mm²]. Wie durch die schrägen Linien in 8 dargestellt, bedeutet der Schneidoberflächenbereich A2 [mm²] eine Querschnittsfläche des Werkstücks W, das im Querschnitt des Werkstücks W auf der x- und z-Ebene geschnitten wird, wenn das Schneidwerkzeug T leicht in die Vorschubrichtung (Richtung parallel zur x-Achse) bewegt wird.
Die Schneidbetrag-Erfassungseinheit 42b erfasst einen Schneidbetrag Δh2 [mm] des Werkstücks W durch das Schneidwerkzeug T durch Dividieren des Schneidoberflächenbereichs A2 [mm²] durch einen Vorschubbetrag Δx2 [mm] des Schneidwerkzeugs T. Der Vorschubbetrag Δx2 [mm] des Schneidwerkzeugs T ist nicht besonders beschränkt und kann auf einen erwünschten Wert eingestellt werden. Die Form des Werkstücks W kann mit einer größeren Genauigkeit geschätzt werden, indem der Vorschubbetrag Δx2 [mm] des Schneidwerkzeugs T entsprechend reduziert wird. Der Schneidbetrag Δh2 [mm] kann auch die Schneidhöhe (oder die Schneidbreite) des Werkstücks W in die z-Achsenrichtung sein.
Auf diese Weise erfasst die Schneidbetrag-Erfassungseinheit 42b den Schneidbetrag Δh2 [mm] durch das Schneidwerkzeug T auf der Grundlage der Schneidkraft [N], die ein Beispiel einer Bearbeitungseigenschaft der Schneidarbeit ist.
Die Form-Erfassungseinheit 42c erfasst die Werkzeugposition des Schneidwerkzeugs T aus der Speichereinheit 41. Die Form-Erfassungseinheit 42c erfasst eine Schneidposition H2 [mm] des Schneidwerkzeugs T auf der Grundlage der Werkzeugposition des Schneidwerkzeugs T. Die Schneidposition H2 [mm] des Schneidwerkzeugs T ist der Abstand in die z-Achsenrichtung von der x-Achse zur Klingenspitze des Schneidwerkzeugs T.
Die Form-Erfassungseinheit 42c erfasst eine Position P2 an der Außenkante des Werkstücks W vor der Schneidarbeit durch Addieren des Schneidbetrags Δh2 des Werkstücks W durch das Schneidwerkzeug T und der Schneidposition H2 [mm] des Schneidwerkzeugs T.
Die Form-Erfassungseinheit 42c erfasst die Position P2 für jeden Vorschubbetrag Δx2 [mm], und erfasst die Form des Werkstücks W vor dem Schneiden durch Aufreihen der mehreren erfassten Positionen P2.
Da gemäß der Analysevorrichtung 40 wie in der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform die Form des Werkstücks W vor der Schneidarbeit auf der Grundlage des Schneidbetrags Δh2 [mm] des Werkstücks W und der Schneidposition H2 [mm] des Schneidwerkzeugs T erfasst werden kann, kann die Form des Werkstücks W leicht und schnell gemessen werden.
Außerdem kann gemäß der Analysevorrichtung 40 wie in der vorliegenden Ausführungsform mit einer hohen Genauigkeit überprüft werden, ob die Bearbeitungszugabe (Schneidzugabe) des Werkstücks W übermäßig ist, da beispielsweise die Formen von allen Werkstücken W gemessen werden können. Folglich kann durch Bereitstellen einer Rückmeldung der Überprüfungsergebnisse zum Verbessern des Entwurfs der zur Herstellung der Werkstücke W verwendeten Form die in der Herstellung der Werkstücke W verwendete Materialmenge reduziert werden, und die Zeit der an den Werkstücken W durch die numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine 30 durchgeführten Schneidarbeit kann verkürzt werden. Aus diesem Grund weist die Analysevorrichtung 40 die Ausgabeeinheit 42d zum Ausgeben der Formdaten nach außen auf, die die Form des Werkstücks W angeben, um eine Rückmeldung über die Form des Werkstücks W zu einem vorhergehenden Schritt bereitzustellen.
Der Ablauf vom Entwurf der Form zur Rückmeldung ist derselbe wie unter Bezugnahme auf 5 der ersten Ausführungsform erläutert.
Andere Ausführungsformen
Obwohl bis hierher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt und es können verschiedene Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung vorgenommen werden.
Während in der ersten und zweiten Ausführungsform die auf das Schneidwerkzeug T ausgeübte Schneidkraft [N] auf der Grundlage des elektrischen Stromwerts der Spindelmotoren 13 und 33 berechnet wird und die Schneidkraft [N] als eine „Bearbeitungseigenschaft“ berechnet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Weise beschränkt. Beispielsweise kann ein Kraftsensor am Schneidwerkzeug T angebracht sein und die auf das Schneidwerkzeug T ausgeübte Schneidkraft [N] kann direkt durch den Kraftsensor erfasst werden. In diesem Fall kann die durch den Kraftsensor erfasste Schneidkraft [N] als die „Bearbeitungseigenschaft“ verwendet werden.
Während in der ersten und zweiten Ausführungsform die Analysevorrichtungen 20 und 40 jeweils direkt mit den numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen 10 und 30 verbunden sind, kann mindestens eine andere Vorrichtung wie ein Server oder ein Cloud-Speicher zwischen den numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen 10 und 30 und den jeweiligen Analysevorrichtungen 20 und 40 angeordnet sein.
Während in der ersten und zweiten Ausführungsform die Analysevorrichtungen 20 und 40 getrennt von den jeweiligen numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen 10 und 30 vorgesehen sind, können die Analysevorrichtungen 20 und 40 integral mit den jeweiligen numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen 10 und 30 vorgesehen sein. In diesem Fall können die Funktionen der Analysevorrichtungen 20 und 40 in die jeweiligen Steuervorrichtungen 11 und 31 eingebaut sein.
Während in der ersten und zweiten Ausführungsform die Analysevorrichtungen 20 und 40 mit allen Funktionen der jeweiligen Schneidkraft-Berechnungseinheiten 22a und 42a, der Schneidbetrag-Erfassungseinheiten 22b und 42b und der Form-Erfassungseinheiten 22c und 42c versehen sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Weise beschränkt . Die Funktionen der jeweiligen Schneidkraft-Berechnungseinheiten 22a und 42a, der Schneidbetrag-Erfassungseinheiten 22b und 42b und der Form-Erfassungseinheiten 22c und 42c können in jede Vorrichtung eingebaut werden, die innerhalb der jeweiligen Bearbeitungssysteme 100 und 200 vorgesehen ist. Daher können beispielsweise die Analysevorrichtungen 20 und 40 mit den jeweiligen Funktionen der Form-Erfassungseinheiten 22c und 42a versehen sein, und die numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen 10 und 30 können mit den jeweiligen Funktionen der Schneidkraft-Berechnungseinheiten 22a und 42a und der Schneidbetrag-Erfassungseinheiten 22b und 42b versehen sein.
Bezugszeichenliste

100, 200: Bearbeitungssystem
10, 30: Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine
11, 31: Steuervorrichtung
13, 33: Spindelmotor
14,34: Spindel
15, 35: Amperemeter
17,27: Vorschubmotor
18, 38: Vorschubwelle
20, 40: Analysevorrichtung
21,41: Speichereinheit
22, 42: Analyseeinheit
22a, 42a: Schneidkraft-Berechnungseinheit
22b, 42b: Schneidbetrag-Erfassungseinheit
22c, 42c: Form-Erfassungseinheit
22d, 42d: Ausgabeeinheit

Claims

Analysevorrichtung, die aufweist: eine Schneidbetrag-Erfassungseinheit, die konfiguriert ist, einen Schneidbetrag eines Werkstücks, der durch ein Schneidwerkzeug durchgeführt wird, auf der Grundlage einer Bearbeitungseigenschaft einer Werkstückschneidarbeit zu erfassen, die das Schneidwerkzeug verwendet; und eine Form-Erfassungseinheit, die konfiguriert ist, eine Form des Werkstücks vor der Schneidarbeit auf der Grundlage des Schneidbetrags und einer Schneidposition des Schneidwerkzeugs zu erfassen.
Analysevorrichtung nach Anspruch 1, die ferner aufweist eine erste Schneidkraft-Berechnungseinheit, die konfiguriert ist, ein Schneiddrehmoment aus einer Motorlast zu berechnen, die auf einen ersten Motor zum Drehen des Werkstücks um eine erste Achse ausgeübt wird, und eine auf das Schneidwerkzeug ausgeübte Schneidkraft durch Dividieren des berechneten Schneiddrehmoments durch einen Abstand zwischen der ersten Achse und dem Schneidwerkzeug in eine Richtung senkrecht zur ersten Achse zu berechnen, wobei der Schneidbetrag-Beschaffungseinheit die durch die erste Schneidkraft-Berechnungseinheit berechnete Schneidkraft als die Bearbeitungseigenschaft verwendet.
Analysevorrichtung nach Anspruch 1, die ferner aufweist eine zweite Schneidkraft-Berechnungseinheit, die konfiguriert ist, ein Schneiddrehmoment aus einer Motorlast zu berechnen, die auf einen zweiten Motor zum Drehen des Schneidwerkzeugs um eine zweite Achse ausgeübt wird, und eine auf das Schneidwerkzeug ausgeübte Schneidkraft durch Dividieren des berechneten Schneiddrehmoments durch einen Abstand zwischen der zweiten Achse und dem Schneidwerkzeug in eine Richtung senkrecht zur zweiten Achse zu berechnen, wobei die Schneidbetrag-Beschaffungseinheit die durch die zweite Schneidkraft-Berechnungseinheit berechnete Schneidkraft als die Bearbeitungseigenschaft verwendet.
Analysevorrichtung nach Anspruch 1, die ferner aufweist einen Kraftsensor, der konfiguriert ist, die auf das Schneidwerkzeug ausgeübte Schneidkraft zu erfassen, wobei die Schneidbetrag-Beschaffungseinheit die durch den Kraftsensor berechnete Schneidkraft als die Bearbeitungseigenschaft verwendet.
Analysevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schneidbetrag-Erfassungseinheit konfiguriert ist, einen Schneidoberflächenbereich in eine Vorschubrichtung des Schneidwerkzeugs durch Dividieren der Bearbeitungseigenschaft durch einen spezifischen Schneidwiderstand des Werkstücks zu berechnen, und den Schneidbetrag durch Dividieren des berechneten Schneidbereichs durch einen Vorschubbetrag des Schneidwerkzeugs zu berechnen.
Analyseverfahren, das mit einer Steuereinrichtung zum Steuern einer Analysevorrichtung durchgeführt wird, wobei das Verfahren aufweist: Erfassen einer Form des Werkstücks vor der Schneidarbeit auf der Grundlage eines Schneidbetrags am Werkstück, der auf der Grundlage einer Bearbeitungseigenschaft einer Werkstückschneidarbeit, die ein Schneidwerkzeug verwendet, und einer Schneidposition des Schneidwerkzeugs erfasst wird; und Ausgeben von Formdaten, die eine Form des Werkstücks vor der Schneidarbeit angeben.
Bearbeitungssystem, das aufweist: eine Schneidbetrag-Erfassungseinheit, die konfiguriert ist, einen Werkstück-Schneidbetrag, der durch ein Schneidwerkzeug durchgeführt wird, auf der Grundlage einer Bearbeitungseigenschaft einer Werkstückschneidarbeit zu erfassen, die das Schneidwerkzeug verwendet; und eine Form-Erfassungseinheit, die konfiguriert ist, eine Form des Werkstücks vor der Schneidarbeit auf der Grundlage des Schneidbetrags und einer Schneidposition des Schneidwerkzeugs zu erfassen.